แผงวงจรพิมพ์

แผงวงจร LED คืออะไร?

หนึ่ง แผงวงจรพิมพ์ คือแผงวงจรพิมพ์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ไดโอดเปล่งแสง โดยหน้าที่หลักคือการให้การรองรับเชิงกลและการเชื่อมต่อไฟฟ้าแก่ชิป LED ในขณะเดียวกันก็ระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้วัสดุพื้นฐานที่มีการนำความร้อนได้ดี เช่น วัสดุที่ใช้อะลูมิเนียมเป็นฐาน ทองแดงเป็นฐาน หรือเซรามิกเป็นฐาน เพื่อป้องกันการลดลงของความสว่างและอายุการใช้งานที่สั้นลง วงจรของมันส่วนใหญ่ใช้แบบ โครงสร้างแบบไฮบริดซีรีส์ + ขนาน โดยมีความกว้างของเส้นสอดคล้องกับกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานของ LED นอกจากนี้ยังสามารถออกแบบในรูปแบบแข็ง ยืดหยุ่น หรือแบบผสมผสานระหว่างแข็งและอ่อนตามความต้องการการใช้งาน และรองรับการตัดที่ไม่สมมาตร รองรับการใช้งานร่วมกับ LED ที่มีแพ็กเกจต่างๆ เช่น SMD 2835 และ 5050 และนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานให้แสงสว่างทั่วไป อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ จอแสดงผลแบบแบ็คไลท์ งานให้แสงสว่างพิเศษ และสถานการณ์อื่นๆ ความแตกต่างหลักจาก PCB ทั่วไปอยู่ที่ PCB แบบแรกให้ความสำคัญกับการนำความร้อนและการกระจายความร้อน รวมถึงการเชื่อมต่อไฟฟ้าเป็นข้อกำหนดหลัก ขณะที่แบบหลังเพียงแค่ต้องตอบสนองการเชื่อมต่อไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน

ข้อดีของ LED PCB

การระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยแก้ปัญหาการลดลงของความสว่างและการสั้นลงของอายุการใช้งานของ LED ตั้งแต่ต้นทาง

เมื่อไดโอดเปล่งแสง (LED) ทำงาน ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไฟฟ้าจะมีข้อจำกัด โดยประมาณ 80% ของพลังงานไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อน ซึ่งการสะสมความร้อนนี้ส่งผลโดยตรงให้อุณหภูมิของ LED สูงขึ้น ชิป ทำให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น การลดลงของความสว่างอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิสีที่เปลี่ยนไป และอายุการใช้งานที่สั้นลง

· ข้อได้เปรียบด้านการนำความร้อนของวัสดุฐาน:

บอร์ด PCB ของ LED ใช้วัสดุพื้นฐานที่นำความร้อนได้ดี เช่น วัสดุที่มีฐานเป็นอลูมิเนียม ทองแดง หรือเซรามิก ซึ่งมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าบอร์ด PCB ทั่วไปชนิด FR-4 อย่างมาก (ค่าการนำความร้อนของ FR-4 อยู่ที่ประมาณ 0.3 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) ของชนิดฐานอลูมิเนียมสามารถอยู่ที่ 1-20 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) และของเซรามิกอลูมิเนียมไนไตรด์สามารถอยู่ที่ 180-200 วัตต์/(เมตร·เคลวิน)) ซึ่งสามารถนำความร้อนที่เกิดจากชิป LED ไปยังฮีทซิงก์หรือสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกได้อย่างรวดเร็ว

· การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างเพื่อระบายความร้อน:

แผงวงจรไฟ LED กำลังสูงบางชนิดได้รับการออกแบบด้วยแผ่นนำความร้อนและรูระนาบเคลือบโลหะ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการนำความร้อนจากแผ่นขั้ว LED บนพื้นผิวไปยังชั้นโลหะด้านล่าง แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้อลูมิเนียมเป็นฐานสามารถติดตั้งโดยตรงกับฮีทซิงก์ได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้กาวนำความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งช่วยลดความต้านทานความร้อนได้มากยิ่งขึ้น

· คุณค่าเชิงปฏิบัติ:

การระบายความร้อนอย่างเหมาะสมสามารถยืดอายุการใช้งานของไฟ LED จากหลายพันชั่วโมง ไปสู่ 50,000 ถึง 100,000 ชั่วโมง พร้อมทั้งรักษาระดับความสว่างและความเสถียรของอุณหภูมิสีในระยะยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เช่น โคมไฟถนนและไฟหน้ารถยนต์ เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการดำเนินงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เช่น โคมไฟถนนและไฟหน้ารถยนต์

โครงสร้างวงจรมีความเสถียร ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อข้อผิดพลาดของแผงวงจรโดยรวม

การออกแบบวงจรของแผงวงจรไฟ LED ได้พิจารณาอย่างถี่ถ้วนถึงคุณลักษณะของไดโอดเปล่งแสง (LED) ที่ว่า "การต่อแบบอนุกรมมักเกิดวงจรเปิด และการต่อแบบขนานมักเกิดการเบี่ยงเบนของกระแสไฟฟ้า" พร้อมทั้งรักษาน้ำหนักระหว่างความน่าเชื่อถือกับ ความสม่ำเสมอของความสว่าง

· ข้อดีของโครงสร้างแบบผสมอนุกรม-ขนาน:

ใช้โครงสร้างวงจรแบบ "หลายกลุ่มต่ออนุกรม + ต่อขนานโดยรวม" หากมี LED ตัวใดตัวหนึ่งขาดวงจร จะส่งผลเฉพาะต่อกิ่งวงจรอนุกรมที่มันอยู่เท่านั้น โดยไม่ทำให้ แผงทั้งหมดดับพร้อมกัน ขณะเดียวกันโครงสร้างแบบขนานยังช่วยให้มั่นใจว่าแรงดันไฟฟ้าของแต่ละกิ่งเท่ากัน ป้องกันไม่ให้ LED บางตัวไหม้เนื่องจากกระแสไฟฟ้าสูงเกินไป

· การออกแบบการจับคู่กระแสไฟฟ้า:

ออกแบบความกว้างของเส้นและหนาของฟอยล์ทองแดงอย่างแม่นยำตามกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานตามอัตราที่กำหนดของ LED เพื่อป้องกันการสูญเสียกระแสไฟฟ้า เกิดจากการให้ความร้อนของสายไฟหรือความต้านทานเกินขนาด สำหรับไฟแอลอีดีกำลังสูง จะมีแผ่นต่อต้านทานจำกัดกระแสสำรองไว้ เพื่ออำนวยความสะดวกในการปรับกระแสไฟตามความต้องการที่แท้จริง

· คุณค่าเชิงปฏิบัติ:

อัตราการเกิดข้อผิดพลาดของบอร์ดโดยรวมลดลงอย่างมาก ไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาบ่อยครั้ง เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการความเสถียรสูง เช่น การให้แสงสว่างในบ้านและการให้แสงสว่างเชิงพาณิชย์

มีรูปแบบและโครงสร้างที่ยืดหยุ่น เหมาะสำหรับการใช้งานในหลากหลายสถานการณ์

แผ่นวงจรพิมพ์แอลอีดี (LED PCB) ทำให้ก้าวข้ามข้อจำกัดความแข็งของแผ่นวงจรพิมพ์ธรรมดา และสามารถปรับแต่งตามข้อกำหนดด้านรูปร่างของผลิตภัณฑ์ให้แสงสว่างที่แตกต่างกันได้

· ความหลากหลายทางรูปร่าง: รองรับสามรูปแบบ: แบบแข็ง, แบบยืดหยุ่น และแบบผสมผสานระหว่างแข็งและอ่อน แผ่นวงจร LED แบบแข็งเหมาะสำหรับโคมไฟที่มีรูปร่างคงที่ เช่น หลอดไฟและไฟสปอตไลต์ แผ่นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ LED แบบยืดหยุ่นสามารถโค้งและพับได้ ทำให้เหมาะสมกับสถานการณ์ที่ไม่สมมาตรต่างๆ เช่น การให้แสงสว่างภายในรถยนต์และการให้แสงพื้นหลังหน้าจอโค้ง บอร์ดแบบแข็ง-ยืดหยุ่นคำนึงถึงความต้องการในการดัดโค้งของบริเวณที่ยืดหยุ่นและโหลดที่ต้องรับ ของบริเวณที่แข็ง

· การตัดรูปร่างไม่ปกติและการออกแบบแบบบูรณาการ: สามารถสร้างรูปร่างต่าง ๆ เช่น ทรงกลม ทรงโค้ง และทรงแถบได้โดยการตัดด้วยเลเซอร์ เหมาะสำหรับเปลือกโคมไฟที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังสามารถรวมวงจรไดรฟ์และเซ็นเซอร์ไว้ด้วยกัน เพื่อบรรลุโมเดลแบบบูรณาการ "PCB + ไดรฟ์ + การตรวจจับ" ช่วยลดขนาดผลิตภัณฑ์และขั้นตอนการประกอบ

· คุณค่าเชิงปฏิบัติ: ตอบสนองความต้องการในทุกสถานการณ์ ตั้งแต่ไฟแสดงสถานะขนาดเล็กไปจนถึงจอแสดงผลกลางแจ้งขนาดใหญ่ และช่วยให้การออกแบบผลิตภัณฑ์มีขนาดเล็กลงและเบากว่า

สมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ เพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดต่างๆ

แผงวงจรพีซีบีสำหรับไฟแอลอีดีมีทางเลือกหลากหลายสำหรับวัสดุพื้นฐาน ซึ่งสามารถเลือกได้อย่างยืดหยุ่นตามงบประมาณและความต้องการด้านประสิทธิภาพของลูกค้า

· โซลูชันที่มีประสิทธิภาพสูงคุ้มค่า: ต้นทุนของแผ่นวงจรพีซีบีแบบอลูมิเนียม LED มีราคาเพียง 1/3 ถึง 1/2 ของแบบที่ใช้พื้นฐานทองแดง และการนำความร้อนสามารถตอบสนองมากกว่า 80% ของความต้องการใช้แสงสว่างในครัวเรือน จึงเป็นตัวเลือกที่แนะนำ สำหรับโคมไฟเพดานและโคมไฟแผงในบ้าน

· โซลูชันประสิทธิภาพสูง: แผ่นวงจรพีซีบี LED แบบพื้นฐานทองแดงและเซรามิกมีการนำความร้อนที่ดีกว่า ทนต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่รุนแรง เช่น ไฟ LED ระดับยานยนต์ และไฟแสดงสถานะของอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรม

· โซลูชันต้นทุนต่ำ: ไฟแสดงสถานะ LED กำลังต่ำสามารถใช้แผ่นพีซีบี LED แบบซับสเตรต FR-4 ที่มีต้นทุนต่ำสุดและเพียงพอสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการกำลังไฟต่ำ เช่น ของเล่นและเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กในครัวเรือน

· คุณค่าเชิงปฏิบัติ: ครอบคลุมช่วงราคาตั้งแต่ตลาดระดับต่ำไปจนถึงระดับสูง ช่วยให้ลูกค้าบรรลุเป้าหมายประสิทธิภาพที่ต้องการ พร้อมควบคุมต้นทุน

ความเข้ากันได้สูง รองรับหลายประเภทของการห่อหุ้ม LED

การออกแบบแปลนบอร์ดของแผ่นวงจร LED เข้ากันได้กับข้อกำหนดการห่อหุ้ม LED หลักๆ โดยไม่จำเป็นต้องเปิดแม่พิมพ์แยกต่างหาก

รองรับการบรรจุภัณฑ์แบบ SMD ต่างๆ การบรรจุภัณฑ์ COB การบรรจุภัณฑ์แบบกำลังสูงที่คล้ายลูเมน เป็นต้น ขนาดและระยะห่างของแผ่นบัดกรีสามารถปรับแต่งได้ตามข้อกำหนดของ LED

สำหรับ COB LED PCBS จะมีการออกแบบชั้นเคลือบที่สะท้อนแสงหรือตัวสะท้อนแสงโลหะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แสงและเพิ่มความสว่างของการให้แสง

แผงวงจรพีซีบีแบบ LED สามารถจัดประเภทได้ตามวัสดุของชั้นรองรับ รูปแบบโครงสร้าง และความเข้ากันได้กับแพ็กเกจ LED

แต่ละประเภทแตกต่างกันในด้านประสิทธิภาพการระบายความร้อน ต้นทุน และสถานการณ์การใช้งาน ดังรายละเอียดด้านล่าง:

การจำแนกตามวัสดุชั้นรองรับ

นี่คือวิธีการจำแนกที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับประสิทธิภาพการระบายความร้อนและช่วงกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้ของผลิตภัณฑ์

การจัดประเภทตามรูปแบบโครงสร้าง

จัดประเภทตามข้อกำหนดการติดตั้งและรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เพื่อกำหนดความสามารถในการปรับตัวทางพื้นที่ของแผงวงจรพิมพ์ LED

แผงวงจรพิมพ์ LED แบบแข็ง

รูปร่างคงที่ ไม่สามารถโค้งงอได้ มีความแข็งแรงเชิงกลสูง เป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด เหมาะสำหรับโคมไฟที่ติดตั้งแบบถาวรส่วนใหญ่

แผงวงจรพิมพ์ LED แบบยืดหยุ่น (FPC-LED)

ใช้ซับสเตรตแบบยืดหยุ่น สามารถดัด งอ และม้วนได้ เหมาะสำหรับสถานการณ์ให้แสงสว่างรูปร่างพิเศษหรือโค้ง เช่น ไฟบรรยากาศในรถยนต์ แถบไฟ และไฟด้านหลังหน้าจอโค้ง

Rigid-Flex LED PCB

ส่วนที่เป็นแข็งจะรองรับชิป LED และส่วนประกอบของไดรเวอร์ ส่วนที่ยืดหยุ่นจะช่วยให้สามารถโค้งงอได้ มันช่วยถ่วงดุลระหว่างความมั่นคงและความยืดหยุ่น จึงเหมาะกับโคมไฟที่มีโครงสร้างซับซ้อน

การจำแนกตามความเข้ากันได้ของแพ็กเกจ LED

SMD LED PCB

ออกแบบแผ่นวงจรแบบรองรับการติดตั้ง LED แบบพื้นผิว มีเทคโนโลยีที่สุกงอมและระบบอัตโนมัติสูง ทำให้เป็นประเภทหลักที่ใช้ในตลาดปัจจุบัน

COB LED PCB

ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ LED แบบ Chip-on-Board โดยติดตั้งชิป LED โดยตรงบนพื้นผิวแผ่นวงจรโดยไม่ต้องใช้ขาหรือลวดทองคำ ให้มุมการเรืองแสงกว้างและความสว่างสม่ำเสมอ เหมาะสำหรับโคมไฟสปอตไลท์ ดาวน์ไลท์ และ โคมไฟที่ต้องการจุดแสงคุณภาพสูง

แผ่นวงจรพิมพ์ LED LUXEON กำลังสูง

มีพื้นที่แผ่นรองขนาดใหญ่ขึ้น และเส้นทางการระบายความร้อนที่สั้นลง เข้ากันได้กับ LED กำลังสูงเดี่ยว (≥1 วัตต์) โดยทั่วไปใช้ในงานให้แสงสว่างภายนอกอาคารและงานให้แสงสว่างในอุตสาหกรรม

แผ่นวงจรพิมพ์ LED ด้วยคุณสมบัติการระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ วงจรที่มีเสถียรภาพ และรูปแบบที่ยืดหยุ่น จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสถานการณ์ที่ต้องพึ่งพาแสงจาก LED ครอบคลุมการใช้งานทั้งในด้านการส่องสว่างทั่วไป อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ จอแสดงผลแบบแบ็คไลท์ การส่องสว่างพิเศษ การควบคุมอุตสาหกรรม การแพทย์ และสาขาอื่นๆ โดยการใช้งานเฉพาะมีดังนี้

ด้านการส่องสว่างทั่วไป
นี่คือสถานการณ์การใช้งานหลักที่สุดของแผ่นวงจรพิมพ์ LED เหมาะสำหรับอุปกรณ์ให้แสงสว่างทั้งในครัวเรือนและเชิงพาณิชย์
· การส่องสว่างในครัวเรือน: โคมไฟเพดาน หลอดไฟ โคมตั้งโต๊ะ และดาวน์ไลท์ ส่วนใหญ่ใช้แผ่นวงจรพิมพ์ LED แบบแข็งที่ใช้อลูมิเนียมเป็นฐาน ซึ่งคำนึงถึงทั้งการระบายความร้อนและประสิทธิภาพด้านต้นทุน
· ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์: ไฟสปอตไลต์ในห้างสรรพสินค้า, ไฟรางในร้านค้า, ไฟแผงสำหรับอาคารสำนักงาน, โคมไฟถนนกลางแจ้ง/โคมไฟสวน โคมไฟถนนกำลังสูงจะใช้บอร์ด PCB ทองแดงสำหรับไฟ LED เพื่อเพิ่มการระบายความร้อนและรับประกันความเสถียรในการทำงานระยะยาว

ด้านอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์
ตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดของเกรดรถยนต์ในด้านความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อการสั่นสะเทือน โดยแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ภายในและภายนอกรถยนต์
· ระบบไฟส่องสว่างภายใน: ไฟตกแต่งบรรยากาศ, ไฟอ่านหนังสือ และไฟด้านหลังหน้าปัด มักติดตั้งแผงวงจรพิมพ์อ่อน (Flexible LED PCBs) ซึ่งเหมาะกับพื้นผิวโค้งและพื้นที่ติดตั้งที่ไม่สมมาตร
· ระบบไฟส่องสว่างภายนอก: สำหรับไฟหน้า, ไฟเลี้ยว, ไฟเบรก และไฟตัดหมอก ควรเลือกใช้แผงวงจรเซรามิกหรือแผงวงจรฐานทองแดงสำหรับไฟ LED เพื่อให้สามารถทนต่อรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตั้งแต่ -40 °C ถึง 125 °C และสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือน

ด้านการแสดงผลด้วยไฟแบ็คไลต์

ระบบไฟแบ็คไลท์ที่รองรับหน้าจอต่างๆ ต้องมีข้อกำหนดสูงในด้านรูปร่างและสม่ำเสมอของความสว่าง:

การให้แสงแบ็คไลท์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค: ไฟแบ็คไลท์หน้าจอสำหรับโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแล็ปท็อป โดยใช้แผ่นวงจรพิมพ์ LED แบบยืดหยุ่น หรือแผ่นวงจรพิมพ์ LED แบบแข็งบางเป็นพิเศษ เพื่อให้ได้อุปกรณ์ที่เบามากและบาง;

การให้แสงแบ็คไลท์ในจอแสดงผลเชิงพาณิชย์: โทรทัศน์ LCD, เครื่องโฆษณา และจอแสดงผลกลางแจ้ง โดยใช้แผ่นวงจรพิมพ์ LED แบบ COB เพื่อเพิ่มความสม่ำเสมอของความสว่างและลดปัญหาจุดแสง;

ด้านการให้แสงพิเศษ

การปรับตัวให้เข้ากับความต้องการด้านการให้แสงที่ออกแบบเฉพาะและการทำงานเฉพาะ:

โคมไฟปลูกพืช: ใช้แผ่นวงจรพิมพ์ LED อลูมิเนียมนำความร้อนได้สูงในการรองรับเม็ด LED กำลังสูง เพื่อตอบสนองความต้องการด้านสเปกตรัมและการระบายความร้อนสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช;

หลอดไฟฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต: ใช้แผ่นวงจรพิมพ์ LED ที่มีซับสเตรตทนต่อการกัดกร่อน เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการฉายรังสีอัลตราไวโอเลต;

ไฟเวที / ไฟภูมิทัศน์: สร้างรูปแบบแสงและการแสดงผลแบบไดนามิกที่หลากหลายผ่านบอร์ดวงจร LED ที่มีรูปร่างไม่สมมาตรและบอร์ดแบบยืดหยุ่น-แข็งรวมกัน

ด้านอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ทางการแพทย์

ตอบสนองความต้องการด้านความน่าเชื่อถือและความเสถียรสูง:

อุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรม: ไฟแสดงสถานะเครื่องมือกล CNC, ไฟเตือนสถานะอุปกรณ์อุตสาหกรรม โดยใช้บอร์ด PCB LED ชนิดเซรามิกเพื่อให้สามารถทำงานได้ในสภาวะอุณหภูมิสูง ฝุ่น และการสั่นสะเทือนในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม;

อุปกรณ์ทางการแพทย์: โคมไฟผ่าตัดแบบไม่มีเงา ไฟแบ็คไลท์เครื่องมือวินิจฉัยทางการแพทย์ ไฟแสดงสถานะอุปกรณ์การแพทย์แบบพกพา ซึ่งต้องเป็นไปตามมาตรฐานการรับรองทางการแพทย์และใช้ LED ที่มีการรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำ การออกแบบวงจรบอร์ด